基于梯度域的水下图像增强方法研究
发布时间：2021-11-13 01:45
随着成像设备硬件技术的提高及成本的降低,计算机视觉系统代替人工被越来越广泛地应用到水下场景中。然而水下应用（如海洋勘探、环境监测及水下目标识别等）得以正常运转的前提条件是捕获的图像或视频具有较高的清晰度,特征明显。在复杂水下环境中拍摄的图像往往衰减严重,极大地降低了计算机视觉系统的性能。根据光在水下的传播特性,水下图像的质量主要受到吸收和散射这两种因素的影响。水对光的吸收作用会造成图像产生色偏,而水下悬浮粒子带来的散射会导致图像模糊,细节层次性不高,给后续基于光视觉感知的应用带来极大的困难。因此,提高复杂水下环境中的图像清晰度就显得尤为重要。本文通过对国内外前沿的水下图像增强算法及发展现状的全面分析,从校正水下图像的色彩偏移和细节增强入手,提出了一种新的基于梯度域的水下图像增强方法。论文的主要研究工作包括:（1）依据光在水下的衰减规律,采用一种适用于水下图像的颜色校正方法对色偏进行修正,恢复水下图像的自然色彩。（2）针对颜色校正后的水下图像存在模糊与细节缺失等现象,对其亮度通道进行基于图像梯度域的细节增强,避免图像颜色信息的干扰。根据能量函数,使用梯度保真度和两个约束项对亮度图像进行优...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１水下光学成像系统??Ｆｉｇ．?２．１?Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ?ｉｍａｇｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ??－６?－??
?大连海事大学硕士学位论文???１?Ｉ?＇？?｝?？?ｆ??水下光学成像过程如图２．１所示，光在水下传播时受悬浮粒子的影响会产生严重的??散射现象。实验表明，散射造成的光能损失比吸收作用还要严重，可以达到５０％以上。??光的散射作用包含前向散射和后向散射两部分。其中，前向散射是指自然光经过目标物??表面反射后，受水中悬浮颗粒、泥沙等杂质的干扰，偏离原始传播路径后被传感器吸收??的过程，这种散射方式会导致图像出现整体模糊。后向散射是指未经过目标物，光直接??被悬浮粒子反射进人相机传感器的过程，这种散射会形成“雾”的效果，从而降低水下图??像的对比度。此外，由于水中的可见范围有限，要想在较深的水下环境中作业需要使用??辅助光源进行补光，而增加辅助光源也会带来一些不利影响，例如自阴影和假细节等。??当辅助光源距离目标很近时，．可能出现的反射及背景灰度不均匀情况会增加水下光视觉??应用的难度。??除了散射作用的影响，水对光的吸收作用会导致图像的颜色损失严重。由于光的波??长不同，水对光的吸收存在明显的选择性。如图２．２所示，波长越长，光线衰减的越快，??如红橙色光和黄色光基本在水下２０米处就无法被相机捕捉到；而像蓝色光和绿色光这??种波长较短的光，水体吸收系数比较小，能够传播的距离相对较长，在绿色光消失之后，??蓝色光也会在水下深度６０米左右消失。随着水质浑浊度的增加，光线传播距离也会大??大减少，加剧了图像的颜色损失。因此，光的吸收作用会导致水下图像出现严重的色彩??偏差，使其呈现蓝绿色调Ｍ。??．??蓝绿黄橙．红?Ｗ??■?Ｉ．．．．．．．一??■?￣?￣?￣?—５ｍ???－６０ｍ?６
图２．６?Ｉｑｂａｌ［２１］的增强结果??Ｆｉｇ．?２．６?Ｔｈｅ?ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ?ｒｅｓｕｌｔ?ｏｆ?Ｉｑｂａｌ［２１］??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于透射率融合与优化的水下图像复原[J]. 杨爱萍,杨炳旺,曲畅,王建. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2019(10)
[2]水下图像增强方法研究现状[J]. 王建,宋占杰,李重仪,张莉云. 海洋技术学报. 2016(02)
[3]基于偏振的水下目标深度信息获取方法[J]. 赵泓扬,姚文卿. 电光与控制. 2015(08)
[4]无参考图像质量评价综述[J]. 王志明. 自动化学报. 2015(06)
[5]摄影术发明者的桂冠之争[J]. 庄媛. 走向世界. 2013(05)
[6]基于距离选通的水下偏振光成像系统的研究[J]. 秦琳,陈名松,阙斐一. 电子设计工程. 2011(07)
[7]直方图图像增强技术[J]. 龙清. 电脑知识与技术. 2011(04)
[8]水的光学特性及其对水下成像的影响[J]. 孙传东,陈良益,高立民,张建生,卢笛. 应用光学. 2000(04)
硕士论文
[1]计算机图形图像发展史研究[D]. 吴毅儒.天津工业大学 2017
[2]自动图像白平衡技术的研究[D]. 王丛.北京工业大学 2012
本文编号：3492062
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１水下光学成像系统??Ｆｉｇ．?２．１?Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ?ｉｍａｇｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ??－６?－??
?大连海事大学硕士学位论文???１?Ｉ?＇？?｝?？?ｆ??水下光学成像过程如图２．１所示，光在水下传播时受悬浮粒子的影响会产生严重的??散射现象。实验表明，散射造成的光能损失比吸收作用还要严重，可以达到５０％以上。??光的散射作用包含前向散射和后向散射两部分。其中，前向散射是指自然光经过目标物??表面反射后，受水中悬浮颗粒、泥沙等杂质的干扰，偏离原始传播路径后被传感器吸收??的过程，这种散射方式会导致图像出现整体模糊。后向散射是指未经过目标物，光直接??被悬浮粒子反射进人相机传感器的过程，这种散射会形成“雾”的效果，从而降低水下图??像的对比度。此外，由于水中的可见范围有限，要想在较深的水下环境中作业需要使用??辅助光源进行补光，而增加辅助光源也会带来一些不利影响，例如自阴影和假细节等。??当辅助光源距离目标很近时，．可能出现的反射及背景灰度不均匀情况会增加水下光视觉??应用的难度。??除了散射作用的影响，水对光的吸收作用会导致图像的颜色损失严重。由于光的波??长不同，水对光的吸收存在明显的选择性。如图２．２所示，波长越长，光线衰减的越快，??如红橙色光和黄色光基本在水下２０米处就无法被相机捕捉到；而像蓝色光和绿色光这??种波长较短的光，水体吸收系数比较小，能够传播的距离相对较长，在绿色光消失之后，??蓝色光也会在水下深度６０米左右消失。随着水质浑浊度的增加，光线传播距离也会大??大减少，加剧了图像的颜色损失。因此，光的吸收作用会导致水下图像出现严重的色彩??偏差，使其呈现蓝绿色调Ｍ。??．??蓝绿黄橙．红?Ｗ??■?Ｉ．．．．．．．一??■?￣?￣?￣?—５ｍ???－６０ｍ?６
图２．６?Ｉｑｂａｌ［２１］的增强结果??Ｆｉｇ．?２．６?Ｔｈｅ?ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ?ｒｅｓｕｌｔ?ｏｆ?Ｉｑｂａｌ［２１］??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于透射率融合与优化的水下图像复原[J]. 杨爱萍,杨炳旺,曲畅,王建. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2019(10)
[2]水下图像增强方法研究现状[J]. 王建,宋占杰,李重仪,张莉云. 海洋技术学报. 2016(02)
[3]基于偏振的水下目标深度信息获取方法[J]. 赵泓扬,姚文卿. 电光与控制. 2015(08)
[4]无参考图像质量评价综述[J]. 王志明. 自动化学报. 2015(06)
[5]摄影术发明者的桂冠之争[J]. 庄媛. 走向世界. 2013(05)
[6]基于距离选通的水下偏振光成像系统的研究[J]. 秦琳,陈名松,阙斐一. 电子设计工程. 2011(07)
[7]直方图图像增强技术[J]. 龙清. 电脑知识与技术. 2011(04)
[8]水的光学特性及其对水下成像的影响[J]. 孙传东,陈良益,高立民,张建生,卢笛. 应用光学. 2000(04)
硕士论文
[1]计算机图形图像发展史研究[D]. 吴毅儒.天津工业大学 2017
[2]自动图像白平衡技术的研究[D]. 王丛.北京工业大学 2012
本文编号：3492062
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